中国战略新兴产业融媒体记者 陈雯
论证、研发、试验、制造、维护、辅助决策……仿真技术已被用于各类产品制造的整个生命周期。尤其是一些结构比较复杂、样品成本比较高的产品，有了仿真技术，生产和优化过程仿佛如虎添翼。比如汽车碰撞安全测试的仿真模拟，推进高速磁浮成套技术和工程化能力过程中的仿真分析，再比如3D打印、3D复印智能模塑成型领域的仿真原理应用，都是近些年来，我国仿真技术逐渐开始研发创新、施展拳脚的领域。据中国工程院院士谭建荣介绍，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，而将仿真映射到虚拟空间，就是如今热门的概念“数字孪生”。
新名词层出不穷，新技术是否落地？我们期待在未来数字孪生技术建构世界镜像，但它的地基是否足够稳固？在当下，已有越来越多企业和院校愿意潜心于仿真领域的深耕，愿意闯出一条更曲折、也更广阔的道路。
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国产仿真：该商业化了，却退场了
A. Alan B. Pritsker在1974年提出，仿真是建立一个系统的数学逻辑模型并在计算机上对它进行实验推演。可以认为，仿真技术就是通过模型转化成软件的方式来模拟物理世界。
20世纪60年代，我国仿真技术开始应用于自动控制领域，这一时期，我国自行设计的飞机模拟器、坦克模拟器等研制成功，民用领域的火电机组培训仿真系统、化工过程培训仿真系统、机车培训仿真器、汽车模拟器等也相继研制成功。
随着信息处理技术的突飞猛进，仿真技术得到迅速发展。从80年代开始，借助计算机仿真技术的发展，国际仿真技术开始进入了计算机仿真的新时代，计算机仿真技术开始大规模地应用于仪器仪表、虚拟制造、电子产品设计等各方面。比如后来推出的NASA飞行器健康管理、西门子安贝格数字化工厂，都是基于计算机仿真技术的应用。
同一时期，以计算机仿真技术为基础，国内则建设了一批水平较高、规模较大的半实物仿真系统，主要用于国防装备研发，如射频制导导弹半实物仿真系统、红外制导导弹半实物仿真系统、歼击机工程飞行模拟器等。
但90年代之后，中国仿真技术发展的脚步似乎就慢了下来。当然不是由于研究者的懈怠，甚至在21世纪初，我国还开启了关于分布交互式仿真、虚拟现实等技术的研究，也有较大规模复杂系统仿真的实验开展。
实验室的研究仍在继续，商业化的转换环节却出现了与预期发展方向的错位。
从90年代开始，仿真软件的应用之路渐渐地宽了，只不过更多地是被国外的商家走出来的。国外商业仿真软件经过前期技术的沉淀，开始进入稳定的商业化运作，而对于当时的科研机构、工业设计部门而言，也正处于迫切需要借助国外商业仿真软件快速完成课题研究或产品设计的阶段。渐渐地，国外的仿真技术被越来越广泛地应用在装备和产品的研制。
可以说，是仿真技术的应用加速了工业和制造业的生产研发效率，也可以认为，工业和制造业的巨大需求缺口，增加了其与仿真技术的“黏性”，工业设计愈发离不开国外仿真软件的加持了。“这段时期是国内仿真软件的沉寂期，”安世亚太公司高级副总裁、工业软件中心主任田锋认为，“科研机构或产品设计部门都纷纷引进商业仿真软件，逐渐抛弃了操作原始的行业专用程序，促进了国产仿真软件的退场。”
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仿真技术：有多好，就有多难
新形势下，数字产业化和产业数字化正推动数字经济和实体经济深度融合，我国制造业正处于迈向智能化、数字化的关键阶段，各行各业开始意识到掌握具有自主知识产权核心技术的重要性，仿真技术也再次成为焦点。
9月14日，以“新时代/新形势下仿真技术的新应用”为主题的第三届中国仿真技术应用大会暨中关村数字化创新国际论坛在北京市石景山区开幕。以“从虚拟现实到数字孪生：关键技术与发展趋势”为题的大会主旨报告中，谭建荣院士介绍，约有95%的市场份额都由国外厂商占据。
而由于仿真技术在过去一段时间内没有收到足够重视，目前中国仿真领域面临的局面，就是被蚕食后的仅剩5%的市场。
正因如此，自研仿真技术的迫切性和市场潜力也尤为令人瞩目。实际上，在所有的制造业，几乎所有流程都可能用到工业设计和仿真技术，尤其产品创新设计，更与仿真平台的计算水平息息相关。仿真技术不仅能够免去制造样机、重复验证的繁琐，能力强大的仿真软件甚至可以直接给出优化结果，为新产品面市节约了大量人力物力和时间成本。因此，已经有很多企业开始在仿真环节加大投入。
SIMULIA全球副总裁Scott Berkey认为，如果一个企业还想要生存、竞争，就需要让研发更有效率。要提高研发效率，不是仅仅去减少实验数目，而是要利用信息化技术、利用仿真分析来缩短研发周期。如今仿真分析的速度越来越快，分析与设计结合的愈加紧密不可分离，企业要想在激烈的市场竞争中获胜，就更加需要仿真分析。仿真要做的正是如何让分析更快、更有效率。
当然，即使面对的是生产制造的海量需求，我们也需要清醒地认识到，对于仿真技术而言，所谓技术反超、国产替代，并不是一蹴而就的。
仿真技术为什么难，难在哪里？浙江远算科技工业软件研究员，中国仿真学会青年工作委员会副主任刘伟博士告诉本刊记者，工业设计和工业仿真软件，底层其实都是数学，前者为计算几何，后者为偏微分方程数值解，是数学家们苦心孤诣的成果。除此之外，工程经验也必不可少。一方面，基础理论保证求解器功能的稳定性和多样性，另一方面，需要工程师在使用中不断沉淀工业领域相关的知识和数据，而要将二者很好地结合在一起，也并非易事。
“工业仿真软件，从研发起步到实现商业化，其实是一个漫长的过程。这其中，至少三十年的沉淀是需要的。这里需要凝聚各方智慧，也需要政府的支持。不管是工业互联网、数字孪生，这些新名词的背后其实也是CAD和CAE，工业设计仿真是这些新技术的基础。”刘伟表示。
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通力合作，高点起跳
在本届中国仿真技术应用大会主论坛上，田锋在分析了困境与机会后，提出可显著提高中国仿真自主研发成功率的关键策略，包括仿真技术研究和积累、对中国用户刚需的准确识别、切实可行的工程化验证、舶来品替换能力和策略、商业通路及规模化推广等。
目前，不同的公司给出了不同的解决方案，信息技术的发展也催生了更多的可能性。据现场工程师的介绍，安世亚太提供的是自主开发的通用仿真软件，浙江远算科技提供的是泛超算一体机、开源仿真软件，腾讯带来的则是云上的仿真高性能计算服务。
大会现场，参展商带着产品和合作的意向，向与会者介绍仿真技术研发进度和应用案例，也是希望借助市场的打开，进一步迭代技术。近年来，政府扶持力度加大，投资机构入局，企业的专利意识被反复强调，采购方也愿意更多地选择国产软件，各方面正协力，挖掘仿真技术的潜力。
安世亚太和浙江远算科技有限公司的工程师都对记者谈及，站在巨人的肩膀上是目前形势下实现高点起跳的一种方式。
仿真模拟，不仅仅是千万行代码的堆积，更根本的是工程经验和数据分析，才能使仿真结果真正可靠。数据和工程经验来自哪里？当然是来自工程设计的具体应用。像达索、西门子、法国电力集团旗下成熟的工业仿真软件，有足够大的应用市场、足够多的历史数据及经验积累，被认为是国产软件研发完成后进入应用环节的一个起跳板。
国产仿真软件的进步，需要一个个模型的优化，一条条产业链的打通，也需要一位位工程师日积月累经验的投入，需要一代代研究者锲而不舍自主创新精神的延续。“仿真这个事情，一旦开始去做，其实你是会‘上瘾’的。无论是研发效率、创新能力，仿真确确实实会给企业的核心竞争力带来很大的提升。”远算科技的战略总监王勋说，“而一旦上路，就不会停歇。”
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来源：本刊原创文章
